航天器制造新型調度管控模式的研究與實踐

王 彬，周 勇，劉金山

（北京衛星制造廠，北京 100094）

航天器制造新型調度管控模式的研究與實踐

王 彬，周 勇，劉金山

（北京衛星制造廠，北京 100094）

針對航天器制造形勢和面臨的問題，結合航天器制造特點，提出了基于過程實時監控的航天器制造新型調度管控模式的總體構想和方案規劃，進行了航天器制造過程管控平臺總體架構的研究與設計；在平臺框架基礎上，針對業務分析流程，構建了產品制造管控平臺系統，實現了型號研制計劃流程、零部件研制進度、計劃執行情況、質量信息和設備運行狀態等的實時監控與分析。實施應用達到了預期效果。

制造管控；調度模式；航天器

0　引言

隨著經濟發展和軍事建設等需求的增長，國家對航天器應用需求持續快速增長。衛星研制數量快速增長，且覆蓋了諸多領域，使得衛星狀態復雜、種類繁多，對衛星研制生產的管理能力提出了更高要求。同時，衛星產品是小子樣研制和單件小批生產，隨著任務量的增加和研制周期持續縮短，呈現多型號并行交叉、多生產模式并存、技術狀態復雜、產品數據包要求嚴格的特色，如何按時保質完成快速增長的生產任務，成為航天器制造面臨的嚴峻挑戰。任務形勢上需要航天制造系統實現總體上的轉變，從生產過程入手，全面提升型號生產過程調度管控與決策能力，快速定位并解決生產瓶頸問題，促進生產效率全面提升。

1　現狀與問題

當前，航天事業已進入跨越式發展階段，科研生產管理能力和效率急需提升。依靠增加人員和設備，資金投入大、建設周期長；依靠加班加點雖能應對突發性任務增長，但長期加班加點增加了低層次質量概率，產品研制過程進度與質量控制的矛盾突現。主要問題體現在：

1）各個型號以項目為主線組織生產，生產計劃調度管控以人為為主，控制粒度、手段和方法因人而異，除部分關鍵任務節點通過周調度會統一協調外，其他節點的進度、質量信息只由型號調度個人掌握，不能對零件、工序等不同級別的計劃進行優化控制，生產過程計劃與綜合協調成本居高不下。

2）車間執行情況信息不透明，車間任務和資源情況不能有效共享，生產計劃安排缺乏資源信息支撐，型號生產過程不能從全局視角進行整體考量，生產調度仍然擺脫不了“信息基本靠吼、調度基本靠走”的方式，難以保證進度信息獲取和總體計劃優化，生產不良狀態無法事前預防與快速定位。

3）型號綜合管控信息獲取手段相對落后（主要依賴電話、會議等進行交流溝通），效率低、不及時；信息化作為有效提升管理能力的重要手段，單個信息系統在型號研制過程中也逐漸發揮了作用，但是科研生產信息分散于多個應用系統中，數據分散性導致管理層難以直觀快速地獲取型號研制整體情況，影響了對型號研制全過程進度與質量等的實時監測、分析與精準決策，制約了研制效率和生產能力的進一步提升。

2　航天器制造新型調度管控模式總體構想

針對上述問題，型號制造調度管控模式的變革勢在必行。充分考慮當前型號任務需求，從戰略上全面規劃適應型號特色的航天器制造新型調度管控模式，實現過程實時監控，結果綜合分析，調度快速反應，以適應型號和企業轉型發展需要。

2.1總體思路

綜合現有應用系統、基礎設施和新型管理決策模式的優勢，搭建一個可擴展的支撐企業發展的統一數據架構和數據分析平臺，從全局視角，實現科研生產數據的統一查詢，研制進度、質量信息、關鍵設備狀態等的直觀實時監控，提高制造過程調度管控能力和生產溝通效率，最終達到轉變目前以電話和會議為主進行科研生產調度的型號管理模式。同時，通過經營、財務、設備物資、人力資源等信息的分析與應用，支撐企業綜合經營管控與資源優化配置。在此基礎上，構建企業戰略決策模型和運營模型，實現企業戰略價值評價、財務和成本預測分析以及動態利潤管理優化等，形成支撐企業戰略轉型的宇航產品制造管控體系，讓管理層及時掌控企業整體運行狀況，實現從經驗決策向數據決策的支撐轉變。

圖1　航天器制造新型調度管控模式構建總體思路

2.2方案規劃

航天型號產品設計和生產過程屬于研制類型，需要在制造過程中進行不斷完善，整個型號項目研制全過程的各個環節都將對研制質量和成敗產生影響。因此，調度管控以產品零部件為對象，緊密圍繞科研生產實現精細化全過程管理，實現整體任務和零部件進度監控和質量追溯[1]。基于此特點，依據上述總體思路，對航天型號產品制造調度管控模式進行規劃。

1）基于數據中心的數據源集成框架體系

在充分利用數據中心對大型產品數據過程和狀態管理以及產品結構關系組織等數據集成的基礎上，實現對工藝、生產、質量、裝配、物資、財務、人力、經營等信息的統一管理，形成一套適合航天型號產品制造全過程的數據模型和體系，為生產制造全過程信息綜合管控提供基礎支撐[2,3]。

2）以工藝規劃數據為源頭，以生產計劃為主線貫穿航天型號產品制造全過程的信息三級（廠級、車間級和生產現場級）管控模式

在數據源集成框架體系基礎上，以工藝規劃數據為源頭，以生產計劃為主線，結合航天型號產品精細化過程管控要求，在產品制造過程中，形成由廠級管控、車間級管控、現場級管控構成的“三級”管控策略。廠級管控實現型號研制任務整體狀態實時監控、綜合經營分析以及戰略決策支撐等；車間級管控實現對車間任務的實時監控與統計等；生產現場級管控實現生產線監控、問題報警等。“三級”管控之間以信息共享方式，實現宏觀微觀結合的型號產品進度管控和綜合分析。

圖2　航天器制造新型調度管控模式總體方案

3　航天器制造新型調度管控模式的實踐

在航天器制造新型調度管控模式規劃的總體框架下，北京衛星制造廠一直在積極推動新的調度管控模式在制造過程中的實踐。構建了航天器產品制造管控平臺，通過電視墻的展示形式，集中將考核任務包、型號計劃流程、零部件研制進度、質量信息、關鍵設備狀態、生產現場實時監測數據等內容進行綜合分析與展現，使生產過程狀態得到實時監控，輔助及時決策和問題快速響應。

3.1產品制造管控平臺架構

3.1.1總體架構

依據航天器制造新型調度管控模式總體方案，提出如圖3所示的基于數據中心的航天器制造過程管控平臺總體架構，由源系統層、數據抽取層、數據存儲層、數據展現層、信息交付層等五大部分組成。

源數據層：即北京衛星制造廠正在使用或即將建設的業務系統，主要包括計劃調度系統、物資系統、MES系統、裝配系統、質量系統和電裝系統等。

數據抽取層：完成從源系統到數據存儲平臺（數據中心）的數據抽取、檢查、轉換及加載，將各業務系統的數據整合到數據存儲平臺，后續將在數據存儲平臺中進行數據的進一步處理。

數據存儲層：負責存儲全部業務數據，包括科研生產數據、財務數據、人力數據等，作為企業級數據中心，存放來自各源系統的明細數據、整合數據以及分析數據；

圖3　基于數據中心的航天器制造過程管控平臺架構

數據展現層：以直觀化圖表、圖形化預警器等對零部件研制進度、質量信息、設備資源狀態等進行分析與展示；

信息交付層：作為終端用戶訪問數據信息的入口，包括web方式、大屏幕、會議系統等多種形式，為最終用戶提供圖表瀏覽、報表查詢等功能。另外，兼容以財務、人力等業務數據源為基礎的業務分析擴展。

3.1.2數據中心架構

數據管理是產品制造過程管控平臺的技術核心，針對數據的存儲和業務邏輯處理均在數據中心完成，在進行數據的存儲和業務邏輯處理時，充分考慮擴展性，數據中心架構分成以下三層：

圖4　航天器制造數據中心架構

1）基礎數據層：原始數據的臨時存儲，未來增加更多的業務系統時，將在本層增加更多的明細報表。

2）數據轉換層：存儲和管理對基礎數據區進行業務合并后的數據，按照業務進行分類，如根據型號或產品的節點信息，將各節點涉及的工藝流程、備料流程、入庫流程、質量單據等相關信息按照類別進行存儲，通過型號/產品關聯所有的信息。

3）業務分析層：業務分析層中的數據使用星型模式進行數據的存儲，按照型號、部門、產品等維度對產品進度和質量等進行分析，增加新的產品時，只需要在產品維表中維護產品的編碼信息，無需調整產品制造過程的業務分析模型。

數據中心作為統一數據存儲平臺，負責數據的整合、存儲、訪問支持等功能，重點考慮架構可擴展性。

1）可擴展的數據接口

業務系統目前使用Oracle和SQL Server數據庫作為底層數據庫，未來將會增加新的業務系統，架構的數據采集部分使用SAP軟件平臺，支持廣泛的數據接口，在具體實現時，根據業務系統所采用的數據庫軟件來選擇適當的訪問接口。

2）可擴展的數據中心架構

（1）針對應用模塊的擴展。數據中心在設計上對數據分層存儲，每層的功能和用途保證明確和單一，在最大程度上保證每個數據層次間的獨立性。

（2）針對數據量的擴展，使用兩種方式來改進數據利用效率：充分利用關系型數據的優化機制來改進數據查詢效率，如按照時間、產品進行數據分區；通過緩存報表對數據進行預先存儲，前端圖表從緩存報表取數據，不影響最終用戶的查看。

3.2業務流程

以型號計劃流程進度監控為主線，通過考核包任務→計劃流程監控→計劃執行（工藝、備料、計劃執行、計劃報警、關鍵設備狀態和入庫）詳情→工序進度監控→質量信息追蹤，實現從宏觀到微觀、從整體到細節、宏觀微觀結合的型號產品進度監控和分析。整體業務分析流程如圖5所示。

1）考核包實現型號和產品整體完成情況，包括型號和產品年、季度和月完成情況分析等。

2）型號調度基于考核包結構樹，在相應的任務節點下完成計劃流程的編制，編制的計劃流程實行版本管理；通過流程與各類計劃關聯，實現工藝編制、零件備料、計劃執行、入庫情況等的進度監控；已完成的型號任務能夠自動在計劃流程上用綠色顯示；對于不能按時完成的流程節點用紅色顯示。

3）工藝完成情況能夠追蹤到工藝審批進度；備料完成情況能夠追蹤到備料流程進度；生產計劃（裝配計劃）完成情況顯示零件的工序完成狀態，對于有問題的工序能夠追蹤到質量單據情況。

4）生產計劃展示周生產計劃的執行情況；質量信息實現型號的質量信息分析統計；同時，實現關鍵設備（如：數控機床）的運行狀態監控。

圖5　航天器制造過程數據分析業務流程

3.3平臺組成與功能

3.3.1平臺組成

平臺分為硬件和軟件兩部分，硬件是軟件執行和顯示載體。廠級管控平臺硬件采用電視墻形式，由前維護50寸DLP拼接單元（LED光源）以2×5的方式進行安裝，全屏幕觸；車間級管控平臺硬件使用高亮度顯示的投影系統；現場級管控平臺硬件通過在現場部署60寸大屏幕液晶顯示屏實現。

3.3.2平臺功能

基于SAP BO平臺定制開發，使用Java語言實現B/S架構，保證部署和維護的方便。

1）廠級管控平臺

實現考核任務包、型號研制計劃流程、零部件研制進度、周計劃執行情況、質量信息和設備運行狀態的實時監控等。考核任務包從型號和產品兩個維度，實現院下發的年度考核包的整體完成情況，包括科研生產年、季度和月完成情況和節點完成率分析等。型號研制計劃流程動態展示產品部裝或主要結構件的實時節點完成情況，包括工裝、齊套、外部保障條件的到位情況等，方便協調管理任務進度。零部件研制進度實現了零部件的工藝完成、備料完成、生產工序完成，工序質量單據、理化檢測和入庫進度的綜合展現。周計劃執行情況對下周完成計劃和上周計劃執行情況（包括未完成任務等）進行匯總分析，適時協調管理任務進展。質量信息對型號質量信息統計分析、各部門一次交驗合格率和外協供方管理，提升質量決策能力。設備運行狀態監控實現了數控機床運行狀態、利用率等監控與分析，為設備調度與高效利用提供支撐。

圖6　航天器制造廠級管控平臺功能框架

2）車間級管控平臺

通過間任務實時監控展現本車間科研生產任務完成時間節點要求以及計劃的執行進度等，車間任務統計從型號和產品兩個維度顯示全年、每季度、每月的任務完成情況統計等。

3）現場級管控平臺

實現對生產線任務實時監控、任務統計以及問題反饋報警等。通過視頻監控車間現場工作情況，可調整攝像頭觀測角度，鏡頭拉伸，便于即時監控工位工作情況。

4）可視化協同

通過可視化協同工具，實現“三級”管控平臺之間圖像數據共享，輔助快速決策。

4　應用效果

目前平臺已進入全型號試運行狀態，實現了星船產品生產進度、質量信息、關鍵設備狀態等的實時監控與分析，提高了生產過程綜合管控與實時決策水平，在轉變以電話和會議為主進行科研生產管理的型號調度指揮方式，提升溝通效率等方面作用明顯。基于型號計劃流程進度監控，直觀快速定位生產瓶頸問題（如：物料沒到位，工裝不配套，裝配不齊套等），大大縮短了生產準備時間。通過數控機床運行狀態監控和運行效率分析，從全局視角考量設備利用狀況，為車間任務實時調度調配提供支撐，并為相關管理決策和能力提升提供量化依據。通過生產現場問題快速反饋，搭建了車間管理與生產現場的信息溝通平臺，實現問題快速解決，僅焊接成形制造中心單月問題處理周期縮短20%以上，特別是實現了問題的不漏項處理，完全杜絕以前靠人為溝通經常出現問題太多而漏項進而影響任務進度的狀況。平臺典型應用界面如圖7～圖9所示。

圖7　航天器制造廠級管控平臺

圖8　某型號計劃流程進度監控

圖9　數控機床利用率分析

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5　結束語

航天器制造新型調度管控模式是科研生產管理方式變革的要求，是一個本質的生產流程、質量流程變化，是多年型號管理方法、信息化技術應用量化積累的結果。當前，依據航天器制造新型調度管控模式的總體規劃，在型號制造過程中開展了調度管控模式轉變的一些嘗試，為型號調度指揮提供了嶄新的技術手段支撐，取得了較好效果，為后續全方位（包括綜合經營管控、戰略決策分析等）推行新型調度管控模式打下良好的基礎。然而，必須認識到新型調度管控模式的構建是一個逐步深入和完善的過程，需要依賴業務流程優化、業務系統完善、生產和經營數據采集以及數據關聯貫通等，也需要在管理方式、人員習慣和思維意識上進行變革，最終達到轉變當前調度指揮管控模式，取消周調度會，提升生產效率、綜合管控能力和決策水平的目的。

[1] Jasserre J B.An integrated model for job shop planning and scheduling[J].Management Sci,1992,38(8)：1201-1211.

[2] 李響爍,祁國寧.基于PLM系統開發實施的集成產品模型[J].浙江大學學報（工學版）,2008,43(3)：421-423.

[3] 謝洪彥,余志強,許旭東.企業集成應用系統的研究與實現[J].航空制造技術,2012,(6)：64-67.

Research and application on new dispatch and management control paradigm for spacecrafts manufacturing

WANG Bin, ZHOU Yong, LIU Jin-shan

TP311.51

A

1009-0134(2016)07-0104-05

2016-04-25

國防基礎科研計劃項目衛星數字化研制綜合集成應用（C0320110002）；國家科技支撐計劃課題航天重大裝備創新設計工程知識管理技術研究與應用（2015BAF18B00）

王彬（1972 -），男，湖北麻城人，高級工程師，博士，研究方向為數字化制造和數字化檢測。